计算RESP原子电荷的超级懒人脚本(一行命令就算出结果)

计算RESP原子电荷的超级懒人脚本(一行命令就算出结果)

文/Sobereva@北京科音  2019-Apr-17


RESP电荷主要优点是特别适合对柔性分子做分子动力学计算。之前笔者写过《RESP拟合静电势电荷的原理以及在Multiwfn中的计算》(http://sobereva.com/441)一文,极其详细地介绍了RESP电荷,并结合实际例子充分展现了Multiwfn在计算RESP电荷上的强大性,可谓极度便利而且极度灵活,明显比Antechamber等其它能计算RESP的程序好用、方便得多得多得多。但在网上的答疑过程中,笔者也看到很多要计算RESP电荷的人完全是量子化学外行,甚至GaussView都不会用,Gaussian的关键词一点也不会写,需要一个极度傻瓜化的“一键”工具来计算RESP电荷,为此笔者在这里介绍一个基于Gaussian和Multiwfn的仅仅需要写一条命令就可以算出RESP电荷的Linux环境下的脚本,可谓将RESP电荷的计算极尽简化,不可能做到更简单了。


1 准备工作

在机子里安装Gaussian。不会装的话仔细看《Gaussian的安装方法及运行时的相关问题》(http://sobereva.com/439)。

http://sobereva.com/multiwfn下载Multiwfn,必须是2019-Apr-17及以后的版本。然后严格按照手册2.1.2节说的方式安装到Linux下面。

对Multiwfn目录下的examples\RESP\目录下的RESP.sh根据需要进行恰当的修改。此脚本默认为在B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP级别下对结构进行优化,然后在B3LYP-D3(BJ)/def2-TZVP级别下计算单点能同时产生分子表面静电势数据,然后调用formchk把chk文件转化为fchk,最后调用Multiwfn产生RESP电荷。Gaussian计算过程中使用了隐式溶剂模型表现水环境。计算级别、溶剂设定信息在这个脚本里都体现得很清楚,大家可以根据需要对关键词进行修改。此脚本默认的计算级别算出的RESP电荷已经十分准确,如果算不动的话可以把def2-TZVP降到6-311G**,如果是阴离子建议改为6-311+G**。有时候的大体系优化过程可能难收敛,可以尝试把opt改为诸如opt(loose,gdiis)之类使得达到收敛更容易的关键词,详见《量子化学计算中帮助几何优化收敛的常用方法》(http://sobereva.com/164)。此脚本默认调用的是g09,Gaussian16的用户应当将其中的g09替换为g16。


2 使用脚本

将Multiwfn目录下的examples\RESP\目录下的RESP.sh拷到当前目录,使用chmod +x ./RESP.sh给它增加可执行权限。把含有分子结构信息的文件也拷到当前目录,格式必须是Multiwfn认识的(可以是xyz/mol/mol2/pdb/fch/wfn/molden/gjf等等)。然后运行下面的命令:

./RESP.sh [文件名] [净电荷] [自旋多重度]

比如./RESP.sh H2O.xyz 0 1。如果净电荷和自旋多重度不写,分别默认为0和1。

计算完毕后,当前目录下就有了和输入文件同名的.chg文件。这是个文本文件,前四列是元素名和优化后的坐标,最后一列就是RESP电荷。以下是运算过程的输出例子:

[root@192 other2]# ./RESP.sh H2O.xyz
Net charge was not defined. Default to 0
Spin multiplicity was not defined. Default to 1
Running optimization task via Gaussian...
Running single point task via Gaussian...
Running formchk...
Running Multiwfn...
Finished! The optimized atomic coordinates with RESP charges (the last column) have been exported to H2O.chg in current folder

本文的做法只是以最一般的方式计算RESP电荷,如果需要更灵活的拟合方式,需要在Multiwfn的RESP模块的界面里进行设置,在《RESP拟合静电势电荷的原理以及在Multiwfn中的计算》(http://sobereva.com/441)文中有充分、详细的介绍。

如果以本文的方式计算了RESP电荷,请别忘了引用Multiwfn原文。引用方式在《Multiwfn FAQ》(http://sobereva.com/452》里写明了。

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